大脑全局工作空间是怎么工作的,人没有自由意志啊,意识究竟(四),野驴

2008-03-10 21:55:20

标签: 科学 科普 野驴 意识究竟 杂谈 分类: 科普-《新发现》

各个感觉系统的合作机制

在竞争机制下,各感觉系统间理所当然地存在着激烈的竞争关系,但情况也不总是如此。比如当你手持一朵玫瑰,你的视觉系统、嗅觉系统、触觉系统同时接收到了由其发出的刺激信号,于是你看到了红色的花瓣;闻到了淡淡的芳香;触摸到了粗糙的茎杆,并由此产生了一个意识:这是一朵玫瑰。

这朵玫瑰同时引发了三个不同感觉系统的神经活动,但却没有像同时接收到书中文字和朋友叫声的视觉系统和听觉系统那样,展开了对统一工作空间的竞争,而是似乎建立起一种合作的关系,共享了统一工作空间,并最终得出一个完整的意识。从另一方面说,正因为产生的是一个完整的意识,我们才会认为花瓣、芳香、茎杆是隶属于同一个对象——玫瑰的,而非如同相互竞争的意识那般,使我们知道文字是来自于书,而叫声来自于朋友。

如此看来,除竞争机制外,还存在一个合作机制。同一时刻两者只有其一在发挥作用,取舍根据是刺激信号的来源,如果刺激信号是不同对象发出的,则是竞争关系;如果是同一对象发出的,则是合作关系。但无论是来自不同对象的文字和叫声,还是同一对象的花瓣、芳香和茎杆,各感觉系统都是在对各自接收到的刺激信号同时进行着处理,那么这所谓的合作是如何实现的?而不同感觉系统的输出又是如何共享统一工作空间,生成一个完整意识的?

合作的本质是同步,各感觉系统虽然各自为政,但彼此间并不是完全隔离的,而是保持着一定的相互联系。这种相互联系由存在于不同感觉系统神经元之间的神经连接所体现,而这些跨感觉系统的神经连接能够起到协调各方的作用,使各感觉系统对各自信息的处理以同步的方式进行,并由此建立起一种合作的关系。如果没有这种同步,各感觉系统虽然也在同时对各自信息进行着处理,但却是相互独立的,彼此的关系将是竞争,而是否形成同步取决于刺激信号是来自同一对象还是不同对象。

来自各个感觉系统的信息在全局工作空间合而为一

接下来是共享统一工作空间的问题,不管同步与否,各感觉系统都是分别提供输出的,而统一工作空间一次只接收一个输入,因此要实现共享,就必须在进入统一工作空间之前经过一次中转。保持合作关系的各感觉系统先将各自的输出提交到中转站,由中转站将这些输出进行整合后再输入至统一工作空间。

中转站的候选人是一块叫做屏状核(claustrum)的神经组织,其位于大脑皮层和皮层下区域之间,呈现出不规则的薄片形状,体积只占大脑皮层的1/400,但却接收到几乎来自所有皮层区域的输入,同时也输出到几乎所有皮层区域。拥有这种特点的屏状核可能扮演着组装车间的角色,对各感觉系统的同步输出进行整合,经此整合后,再由统一工作空间生成一个完整的意识。

由此,我们对意识活动的理解又加深了一步。一个红色的球正向你滚来,首先,视觉系统内各信息通路间(颜色、形状、运动)以同步的方式对各自信息进行处理,然后在视觉系统高级皮层区域得到整合,输出并于竞争中获胜后,占用统一工作空间,结果你看到了一个正在滚动着的红色的球。而如果这个球一边滚还一边发出声响的话,听觉系统会参与进来,与视觉系统以同步的方式对各自信息进行处理,然后两者的输出在屏状核得到整合,而后再输入到统一工作空间,于是你意识到了一个一边滚动一边发出声响的红色的球。

在这里,屏状核的整合作用实质上是对认知对象高度抽象的编码,即屏状核神经元的兴奋代表了该认知对象的抽象概念,此概念包含了该对象可被感知到的不同方面性质。当然,前提是屏状核确实承担着这种抽象编码的任务,而要证明这一点,最好的证据就是当手持那朵玫瑰时,发现屏状核中特定的一群细胞同时兴奋起来;当那个球出现时,另外一群细胞同时兴奋起来。这种同时兴奋即是对认知对象的抽象编码,或者说对各感觉系统输出的整合,导致的结果将是意识到这是一朵拥有红色花瓣、粗糙茎杆、并散发出淡淡芳香的玫瑰;或得知一个发出声响的红色的球正在向自己滚来。

屏状核的组装车间角色有待进一步证实,而能够对不同感觉系统输出进行整合的细胞已经在其他地方被发现了,那就是编码动作概念的镜像神经元。这些首先被发现存在于运动皮层的镜像神经元在我们看到他人动作,并听到由该动作产生的相应声音时专一兴奋(参见《脑中的镜子》一文)。这似乎表明由该动作发出的视觉信息,和同时生成的听觉信息在经视觉系统和听觉系统分别处理后,于镜像神经元处得到了整合。

让我们再回到电影院,面对同时出现的画面和配乐,视觉系统和听觉系统以竞争的方式加以对待,而当此刻的镜头焦点集中于男主角正在弹钢琴的手时,视觉系统与听觉系统的关系变成了合作。两者以同步的方式对弹钢琴的手部动作和钢琴声进行处理,随后的输出则由镜像神经元给予整合。于是,我们产生了一个弹钢琴动作的完整意识,并由此知道这钢琴声正是这动作发出的。类似地,在看到男主角嘴巴张合做出说话动作时,我们也会认为此时听到的语声正是他说出来的,而在语言脑区也同样发现了镜像神经元。

感官意识的联觉

对于感官意识,我们目前的理解是,各感觉系统时刻接收着来自外部世界的刺激信号,并对其进行处理。如果正在处理的各感觉信息是由不同对象发出的,各感觉系统间会处于竞争关系,在注意的作用下由刺激信号的强度决定竞争结果;如果是由同一个对象发出的,相关的各感觉系统间将处于合作关系,以同步的方式进行处理,各自的输出在被整合后参与到对统一工作空间的竞争中,获胜则会产生一完整意识。负责整合的中转站可能是屏状核和镜像系统,或许还有其他地方,其中镜像系统专门针对动作。

关于完整意识的产生是始于各感觉系统间的同步处理这一点,一个例证能够很好地说明问题。这个例证实际上是人的一种非正常能力——联觉,联觉是指在接收到某刺激信号后,产生的感官意识内容除了与该刺激信号相对应的那部分外,还会多出一部分,而这部分是找不到信号来源的。比如听到喇叭声的同时,看见了一片猩红色,喇叭确实在发出声响,但红色从未出现过。(参见《当彩色的声音尝起来是甜的》一文)

既然没出现过红色,这红色的意识是如何而来的?对此,一个合理的解释是联觉人的跨感觉系统神经连接中存在一些异常分子,这些异常的神经连接会在某感觉系统处理某特定刺激信号时,强行引发其他感觉系统的同步反应。随后,处理转以同步的方式继续,再接下来便是整合和完整意识的产生,而该意识内容就会包括找不到来源的那部分——被强行引入同步的感觉系统所带来的那部分。在这里就是听觉系统发至视觉系统的异常连接,致使喇叭声响起时看到了从未出现的红色。

联觉意识中无源部分的存在恰到好处地证实了跨感觉系统神经连接能够引发同步处理,并最终导致完整意识的产生,同时也表明了一个事实:我们会被大脑所欺骗。

意识之前已经决定了你的行为,人原来没有自主意识啊

深入脑中后,我们了解到意识是在一系列的神经活动后产生的,或者说所谓的意识本质上就是一系列的神经活动,而在这一系列的神经活动结束于统一工作空间的那一刻,即是意识的产生时刻。

随后的神经活动可认为是意识导致的结果,通常发生在运动系统,至少能够发生在运动系统,因此意识产生的标识就是能否通过动作或语言将意识的内容表达出来,比如看到一个球滚过来,说声:“这有个球”;想要踢一脚,于是做出摆腿动作。当然,也可以不做表达。

由于与其他视觉对象不同,动作视觉意识的产生除了要通过视觉系统和统一工作空间两阶段外,还必须经由一个中间环节:运动皮层的镜像神经元,而意识在产生后也会通过运动系统进行表达,于是就有可能出现这样的情况:某动作在内容为做出该动作的意识产生之前就做出了。

想象一下一个人正挥拳向你打来,在视觉系统例行常规的处理结束后,位于运动皮层的该动作镜像神经元专一兴奋起来,而随后的事情可以沿两条路同时展开。其一是统一工作空间接手工作,该动作的视觉意识产生,内容为:一个拳头正向我挥来。紧接着一个非感官意识产生,内容为:做出躲闪动作。运动系统对此内容进行表达,于是躲闪这一拳的动作做出。其二是运动系统接手工作,躲闪过程直接由同属运动系统的该动作镜像神经元启动。由于第二条路的路程明显要比第一条短,因此便会出现躲闪动作发生于躲闪意识产生之前的情况,在这一拳的视觉意识刚产生时动作就做出了。

显然,这又是一个生存机制,为了使我们在面临危险时尽可能早地施以应对,由镜像神经元另辟蹊径以有机会做出先于意识的动作,或者说前意识动作。而如果躲闪动作必须在躲闪意识之后发生的话,情况很可能会是这样:意识到了拳头,却来不及做出反应,为此付出代价的将是鼻子。

生命对效率的追求还不止于此,镜像神经元能够形成动作链的机制(参见《脑中的镜子》一文),甚至可以让我们在对方下一个动作做出之前率先做出应对的动作。对方此刻动作做出,该动作镜像神经元兴奋,同时激活了对方下一动作镜像神经元,运动系统的相应过程由此被启动,应对对方下一动作的动作做出。而这时,对方此刻的动作可能刚被意识到。

这种不可思议的情形只是一种可能,要做到这一点,艰苦的训练和过人的天分缺一不可。我们能够在足球场上看到这种情形,前提是要有巨星在场,只有马拉多纳、齐达内这样的天才才有资格成为极致效率的代言人,证据是他们过人时匪夷所思的连贯与流畅。而李小龙也曾经说过在对打中要不经过思考地出招,他所描述的大概也是这种情形,根据对方而动,但却先于对方的动作做出应对,后发而先至。

至于如何才能在对方下一动作还没做出时,下一动作镜像神经元就开始兴奋,科学上的解释是要依靠以往的经验,而球员和球迷的解释会是直觉和灵感。当然,马拉多纳的上帝之手,和齐达内撞向马特拉齐的那一头槌肯定都是有意而为的。

待续······

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海云青飞,生命进化规律破解者
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海云青飞 主要作品:《直立人归来》 - 《从零开始发明修行》 - 《悟道进化生物学》 - 《悟道相对论》